4.3. Энергия шығынының электржетекте электрмен қамдауды қыздыру шарты бойынша электрқозғалтқыштарды таңдау.

Энергожүйенің белгілі бір жүйесін және есептерін бөлшектеп қарастыруға өтпестен бұрын жалпы позициядан өзін белгілі бір жағдайлармен байланыстырмай келесі сұраққа жауап береміз: қазіргі инженерлі тәжірибеде электржетекте және технологиялық сферада электржетек құралдарымен негізгі электрмен қамдау жолдары қандай?

Бірінші жол қысқа тұйықталған асинхронды қозғалтқышпен қарапайым және ең көп басқарылмайтын электржетекке жатады және белгілі бір қондырғылар үшін қозғалтқыштарды таңдау процедурасын жетілдіруден тұрады. Мұнда есептің түрі анық: төмендетілген қуатты қозғалтқыш тез бұзылады, яғни қозғалтқыштың өзінде жоғарғы салыстырмалы шығынмен, ал жоғарлатылған қуатты қозғалтқыш энергияны тиімсіз түрлендіреді. Сонымен бірге есепті шешу әркезде элементарлы емес, қателіктер жиі болады, себебі мұндай қарапайым электржетектердің саны миллиондармен есептеледі және шығын көп болуы мүмкін. Қарапайым оқыс жағадайларда, жүктеме өзгермеген кезде қателіктер тек қана дайындаушылардың төменгі классификациясынан туындауы мүмкін. Ал сипатты жағдайда, жүктеме қатты және іркезде анық өзгермеген кезде теориялық түрғыдан қиын мәселелер туындайды. Электржетектің классикалық теориясында берілетін қозғалтқышты таңдау әдістері белгілі бір режимдердің қызуы бойынша кейбір баламаларды анықтауға және оларды алдын ала таңдалған қозғалтқыштың лайық номинал көлемдерімен салыстыруға негізделген. Бұл әдістер балама режимдердің типтілігін ескермейді, энергетикалық көрсеткішткрдің өзгеруі және әртүрлі жағдайларда оқшауламаның қызмет уақыты туралы анықтама бермейді, яғни балама және номинал көлемдер арасындағы фактілі мән және ерекшеліктер туралы. Бұның барлығы процедуралық қиындықпен, алғашқы ақпараттың, паспортты және каталогты деректердің жетіспеушілігімен қиындатылады. Осыған байланысты олар есепті шешуге бірінші жақындау ретінде ғана қарастырылуы мүмкін. Осында тіпті бірінші жақындау да тәжірибеде тиімді болуы мүмкін себебі анық қателіктерді шығаруға мүмкіндік беретіндігі анық. Техникалық әдебиеттерде мынадай ұсыныс жиі кездеседі: егер қозғалтқыш 50% ға кем тиелсе, онда оны міндетті түрде өзгерту керек, егер 50-70% болса, онда қосымша бағалаулар керек.

Массалы реттелмейтін электржетектің үнемділігін жоғарылатудың екінші әдісі энергожинақтаушы қозғалтқыштарға өту, оларда активті материалдардың массасы өсу есебінде номиналды мәндері жоғарылатылған. Аталған мүмкіндік кеңінен қолданылады, мысалы соңғы жылдары АҚШ та қозғалтқыш тұрақты жүктемемен жұмыс жасаған кезде әсер береді және дұрыс таңдалған. Энегожинақтаушы қозғалқыштарды жасаудың және қолднудың мақсаттылығы бұл жетектерде қосымша шығындарды жан жақты ескерумен бағалануы керек, себебі бірнеше пайыздан көп емес номиналды және cos ды жоғарлатуға темір массасын 30-35% ға, мысты 20-25% ға, алюминииді 10-15%ға жоғарылату арқылы қол жетеді. номинал қуаттан бағытталған тәуелділіктері қарапайым өндңрңстңк және энергожинақтаушы қозғалтқыштар үшін 4.13 -суретте келтірілген.

Үшінші жол реттелмейтін электржетекте энергетикалық көрсеткіштерге зиянды ісерді төмендетуді қамтамасыз ететін арнаый қосымша техникалық құралдарды жасау. Бұл мүмкіндік соңғы жылдары СССР де және шетелде пайда болды және кеңінен таралуда. Бұл техникалық құралдар желі және өозғалтқыш статоры арасында қосылатын электр энергиясын арнайы реттегіштері, энергожинақтау функциясынан басқа маңызды емес функцмяларды да орындайды, кейде жылдамдық және момоентті реттейді, қорғанысты іске асырады және т. б. Қолданудың көп функциялығын ескере отырып, кейіннен бөлшектеп қаралатын мұндай шешім айнымалы жүктемесі бар жектекпен экономикалық мақсатты болады.

2 3 4 5 7 10 20 30 40 70 100 220 Р_ш

4.13-сурет. Гоулд (АҚШ) фирмасының асмнхронды қозғалтқышының қисық ПӘК және cos .

Желі және қозғалтқыш статорының арасында қандай да бір жартылай өткізгішті қондырғыны қосу қозғалтқыштва және желіде кернеудің тозуына әкеп соғады. Осылай жаңа мәселе туындайды желінің және тораптың электромагнитті үйлесімділігі. Энергожинақтаушы қондырғылардың осындай түрін бір бірден қолдану кезінде ол ең алдымен қозғалтқышқа қатысады, бірақ оларды жалпы қолдану кезінде сыртқы әсерлерді де ескеру қажет. Бұл мәселе экологиялық мәселені еске түсіреді адам жасаған нысаналардың дамуы қоршаған ортаға әсер етеді.

Төртінші жол реттелмейтін электржетектен реттелетінге өту. Қондырғының техникалық деңгейінің жоғарылауы мен шартталатын бұл объективті үрдіс электрлі есептерді рационалды шешуге мүмкіндік береді. Энергожинақтаудың бұл жолын болшектеп қарастырудан бұрын тек негізгі үш жағдайларды ғана қарастырамыз.

Біріншіден, реттелетін электржетегіне өту кезінде энергияны үнемдеу өзіндік жетек арқылы орындалады, ал сол үрдіс арқылы үнемдеу кейде электржетектің өзі тұтанғаннан әлдеқайда болады. Осылай, транспортердің өзгермеген жылдамдығынан икемді басқарылуына өткен кезде термиялық үрдісті тиімділеуге болады, атап айтқанда энергетикалық критерий бойынша анықтайды. Баяу траспорттау үрдістерінің қуаты және закалкалар бірнеше қатарға ерекшеленетіні анық.

Екіншіден, тиімді энергетикалық және басқа әсерлерді алу үшін реттеу сапасына шектелген талаптар кезінде электржетектің өте үлкен шектерінде координаттардың өзгеруі қажет. Осылай ғимаратқа ыстық су беретін сорғыштың жылдамдығы аз ғана өзгеруі қымбат, ыстық суды айтарлықтай үнемдеуге мүмкіндік береді.

Және үшіншіден, белгілі бір есептердің спецификациясы мынадай, қандай да бір әмбебап шешімдер жоқ және инженерге әр бір жағдайда мүмкіндіктердің үлкен көлемінен біреуін ең жақсысын таңдауға тура келеді. Сонымен қатар, сериялы түрде, комплектті және аталған ауыстыру үшін жарамды электржетектердің жиынтығы шектеулі.

Реттелетін электржетекке жататын бесінші бөлім басқа энергетикалық критерилермен бірге оның сапасын бағалауды ескеру. Бұл жол қазір айтарлықтай мәнге ие болуда, себебі реттелуші электржетек экзотикалық болуды қойды және энергетикалық баланста белгілі рөл атқаруда. Мұнда, кейіннен көрсетілетіндей, қалыпты шешімдерді жақсартуда жетілген, энергетикалық тұрғыда тиімділерді таңдау.

Нәтижесінде энергия шығыны электржетектің элементтерінде жылудың бөлінуімен, олардың қызуымен және осы шығындардың бір бөлігінің қоршаған ортаға берілумен байланысты. Электржетектің күштік каналының барлық элементтері температуралы режимге критикалық қарайды. Бөлінетін жылу температураны жоғарылатып, яғни оқшаулағыш материалдарының тозу қарқыны; жылулық кеңеюден конструкциялы материалдардың орнықтылығына әсер ететін қосымша механикалық кернеулер туындайды. Сондықтан күштік каналдың элементтерін қыздыру үрдісі энергияның түрлену үрдісіне шектеуді қояды және электржетектердің энергетикалық режимдердің анализіне тығыз байланысты. Кейіннен қызудың оқшаулағыш материалдардың жұмысқа қабілеттілігіне әсеріне және критерилерге ғана тоқтаймыз.

Егер оқшаулау қызметінің уақыты берілгеннен аз болмаса, жалпы жағдайда күштік каналдардың элементтерінде жылу бөліну режимі, яғни электржетектің энергетикалық режимі де рұқсат етіледі, Сонымен қатар, оқшауламаның шекті рұқсат етілгеннен мәннен жоғары қысқы уақытты жергілікті қызу туындамау керек, ол кезде оқшаулама лезде өз қасиеттерінен айрылады. Сондықтан да энергияны электромеханикалық түрлендіру үрдісінде шығындардың бөлінуінің рұқсат етілген сипатына екінші ретті шектеу қойылады.

Күштік каналының элементтерінде энергия шығынының олардың қызу температурасымен және оқшауламаның тозу жылдамдығымен қарапайым байланысы орнатылады. Бұл жағдайда АР_Т қуаттары тұрақты және элементтің қызуының өтпелі үрдісінен кейін тұрақты температура тең

, (4.17)

мұндағы - қоршаған орта температурасы; - зертелетін элементтің температурасының қоршаған орта температурасынан көп болуы.

көлемі жылулық шығындар қуатына пропорционал және жылу беріге кері пропорционал:

(4.20) өрнектен жылу бөліну режимінің шартын анықтау үшін ДР_Т тәуелділігінің арасында және температураның екң параметрлері арасында байланыс орнату керек оның орташа мәнімен және орташа квадрат мәнімен.

Осы байланыстарды орнатуды айтарлықтай жеңілдететін мысалды қолданамыз, ол нәтижесінде есепті шешуге және одан да қтын жағдайда көмектеспеді. Оқшауламаның қызуын анықтайтын шығын графикгі келесі түрге ие болады деп есептейік

4.16- сурет.

мұндағы шығындардың орташа мәні-шығынның орташа мәннен ауытқу амплитудасы жиілік; Т- период.

4.17-сурет. Элементтің жылулық моделінің құрылымы.

Енді есеп 4.17-суретте көрсетілгендей. Р_{т орт} және Р_Т шығындарының орташа құраушыларының қызу температурасы арасында байланыс орнату қажет, сонымен қатар шығын амплитудасы және температура амплитудасында. Орташа мәндер және айнымалы құраушылар амплитудалары арасындағы байланысты көрсетіп, қозғалтқышты қыздыру нысанасы ретінде қарапайым сипаттауды қабылдаймыз.

Осындай модельге сай қозғалтқышты жылулық қатынаста бірінші ретті сызықты инерциялы түйін деп қарастырамыз. Осы түйін модельдің кірісінде жылу бөліну қуаты ДРт, шығысында- қызу температурасы т. Р_т және Р_орт суммасы қозғалтқыштың жұмысшы температурасын анықтайды. Сызықты инерциялы түйін үшін белгілі кірістік және шығыстық сигналдар арасындағы байланысты ескере отырып, синусоидалы сигналдың белгілі жиілігі кезінде келесіні табуға болады:

(4.24)

мұндағы - синусоидалы құраушының амплитудасы;

Р_-Т- шығындардың айнымалы құрайшысының амплитудасы;

А- жылу беру;

Сай келетін беру коэффициенті; Т_н- С/А қозғалтқыштың тұрақты қызуы; С- жылу сыйымдылық.

Егер синусоиданың орташа квадрат мәні амплитудалы мәнге қарағанда артық екенін ескеретін болсақ, яғни = ,онда шығындардың айнымалы құраушысының амплитудасы және (1.20) өрнегінде қажет орташа квадрат ауытқумен байланысын алуға болады

= (4.25)

Соңғы өрнекте Р_-Т/ қатнасын температура үшін лайық орташа квадрат мәнге (4.25) ті келесі түрде жаза отырып ауыстыру қолайлы:

= (4.26)

Кейіннен шығын сипатына шектеу қоршаған ортаның тұрақты температурасы кезінде қарастырылады және температураның өзгергіштігі тек құраушы мен ғана анықталған.(4.26) өрнек тозу уақытын анықтайтын критериді байланыстыруға мүмкіндік береді. Шынымен, (4.23) және (4.26)ны (4.21) ге қоя отырып оқшаулама жұмысының уақытының критерийі бойынша шығынның бөліну режимінің рұқсат ету шартын аламыз:

(4.27)

Егер (1.27) ні теңдік түрінде қарастырсақ, онда бұл қозғалтқышты қыздыру шырты және шығындар бойынша толық тиеу шарты болады. Сонымен қатар, (4.27) теңдік орындалатын шығынның бөліну режимі қызмет уақытының критериі бойынша номинал режимге балама деген сөз.

(4.27)энергияны түрлендіру режиміне шектеумен байланысты мүмкін болатын жағдайларды бағалау үшін негіз болып табылады. Бұл шектеулер қозғалтқыштарды таідау және оларды қыздыру шарттары бойынша тексеру кезінде, баламалықты тексерген кезде ескеріледі. Осылай (4.27) ден жоғарыда аталған мағынада балама болады, егер олардың әрқайсысы үшін анықталған оқшауламаның тозуының орташа жылдамдықтары тең екені көрініп тұр. Бірақ (4.27)-ні әркезде толық күйде қолдану қажет емес. Қарастырылып отырған критерии бойынша режимдердің анализін айтарлықтай жеңілдетуге болады.